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KR101494690B1 - 초전도 발전기용 고정자, 그를 구비한 초전도 발전기의 구동장치 및 구동방법 - Google Patents

초전도 발전기용 고정자, 그를 구비한 초전도 발전기의 구동장치 및 구동방법 Download PDF

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KR101494690B1
KR101494690B1 KR20130068570A KR20130068570A KR101494690B1 KR 101494690 B1 KR101494690 B1 KR 101494690B1 KR 20130068570 A KR20130068570 A KR 20130068570A KR 20130068570 A KR20130068570 A KR 20130068570A KR 101494690 B1 KR101494690 B1 KR 101494690B1
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KR
South Korea
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superconducting
generator
stator
armature winding
superconducting generator
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이상호
김상철
임성환
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두산중공업 주식회사
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  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

초전도 발전기용 고정자, 그를 구비한 초전도 발전기의 구동장치 및 구동방법에 관한 것으로, 원통 형상으로 형성되는 백 요크와 백 요크의 내주면에 일정 간격으로 배치되어 그 사이에 슬롯을 형성하는 티스를 구비하는 고정자 코어, 상기 슬롯에 초전도 선재를 감아서 복수의 도체 층으로 형성되는 전기자 권선 및 상기 전기자 권선의 복수의 층 중에서 일부 층을 형성하는 전기자 권선을 개방해서 유기되는 전기자 권선의 도체 수를 변경하도록 스위칭 동작하는 차단기를 포함하는 구성을 마련하여, 고정자 코어에 마련된 전기자 권선의 복수의 층 사이에 차단기를 설치하고, 초전도 발전기의 운전상태 변화에 기초해서 차단기를 스위칭 동작시켜 유기되는 전기자 권선의 도체 수를 변경할 수 있다는 효과가 얻어진다.

Description

초전도 발전기용 고정자, 그를 구비한 초전도 발전기의 구동장치 및 구동방법{STATOR FOR SUPERCONDUCTING GENERATOR, DRIVING APPARATUS AND METHOD OF SUPERCONDUCTING GENERATOR WITH THE SAME}
본 발명은 초전도 발전기용 고정자, 그를 이용한 초전도 발전기의 구동장치 및 구동방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기자 권선이 초전도 코일로 권선된 초전도 발전기에서 운전상태 변화에 따라 전기자 권선에 마련된 도체 수를 변경하는 초전도 발전기용 고정자, 그를 구비한 초전도 발전기의 구동장치 및 구동방법에 관한 것이다.
초전도 회전기는 기계의 작동 중에 확실하게 냉각되어야만 하는 초전도 코일을 포함한다. 초전도 코일은 약 -196℃ 이하의 극저온에서 초전도 특성을 가지는 것으로, 극저온 환경에서의 초전도 특성을 이용하는 대전류(大電流) 통전 및 고자장(高磁場) 응용기기에 주로 사용된다.
초전도 회전기 중에서 초전도 발전기는 계자코일이나 전기자 코일로 초전도 코일을 사용한다.
일반적인 초전도 발전기에서 부하 운전시 및 무부하 운전시 사양으로 설정된 전압변동률을 만족시키기 위해서는 계자코일에 공급되는 계자전류를 조정하여 회전자의 회전속도를 제어하는 계자제어가 필수적이다. 전압변동률은 발전기에서 부하운전시 나타나는 출력전압의 변화 정도를 말한다.
종래기술에 따른 초전도 발전기의 고정자에는 다수의 슬롯이 형성되고, 각 슬롯에 설치되는 전기자 권선은 초전도 선재를 이용해서 단일 층(layer)으로 제작된다.
한편, 하기의 특허문헌 1에는 직류모터에 직렬로 접속된 복수 코일 중에서 일부 코일을 단락 또는 해제를 전환하는 수단의 전환 동작에 의해 모터 전체의 통전코일 수를 증감시키는 기술이 개시되어 있다.
단락수단은 2 이상의 정류자편에 걸려 접하는 위치와 그 정류자편으로부터 이격된 위치 사이를 이용하는 단락용 브러시에 따라 구성된다.
일본 특허 번호 제4196395호(2008년 10월 10일 등록)
그러나 초전도 코일이 사용되는 초전도 발전기는 초전도 상태에서 저항이 '0'이므로, 시정수가 높아서 계자제어가 용이하지 않다(시정수=코일 인덕턴스/코일 저항).
따라서 종래기술에 따른 초전도 발전기는 전압변동률을 낮추기 위해, 임피던스 성분에 의한 전압강하 성분을 저감하거나, 출력전압을 만족시키기 위해 자기장하(magnetic loading)를 증가시키거나, 또는 초전도 선재량을 증가시켜야만 한다.
특히, 종래기술에 따른 초전도 발전기의 고정자는 슬롯 내 도체들이 하나의 층으로 제작됨에 따라, 운전상태 변화에 기초해서 출력전압이 정해지게 된다.
그래서 종래기술에 따른 초전도 발전기는 운전상태가 변화하더라도 항상 전체 전기자 권선을 사용함에 따라 낮은 전압변동률을 만족시키기 위한 초전도 선재량이 증가하는 문제점이 있었다.
또한, 종래기술에 따른 초전도 발전기는 설정된 전압변동률을 만족시키도록 별도의 전압조정기를 설치해서 출력전압을 조절해야만 하는 문제점이 있었다.
따라서, 초전도 발전기에 마련된 전기자 권선을 이루는 도체 수를 가변함으로써, 출력전압을 일정하게 제어하는 기술의 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 초전도 발전기의 운전상태 변하에 따라 슬롯 내부에 유기되는 도체 수를 변경할 수 있는 초전도 발전기용 고정자, 그를 구비한 초전도 발전기의 구동장치 및 구동방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 슬롯 내부의 도체 수를 변경하여 초전도 선재량을 감소시키면서 초전도 발전기의 사양에 따라 설정된 전압변동률을 만족시키는 초전도 발전기용 고정자, 그를 구비한 초전도 발전기의 구동장치 및 구동방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 초전도 발전기용 고정자는 고정자 코어의 각 슬롯에 복수의 도체 층으로 이루어진 전기자 권선을 설치하고, 초전도 발전기의 무부하 운전시 상기 복수의 도체 층 중에서 일부 층을 형성하는 고정자 코일을 개방하여 유기되는 전기자 권선의 도체 수를 변경하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 원통 형상으로 형성되는 백 요크와 백 요크의 내주면에 일정 간격으로 배치되어 그 사이에 슬롯을 형성하는 티스를 구비하는 고정자 코어, 상기 슬롯에 초전도 선재를 감아서 복수의 도체 층으로 형성되는 전기자 권선 및 상기 전기자 권선의 복수의 층 중에서 일부 층을 형성하는 고정자 코일을 개방해서 유기되는 전기자 권선의 도체 수를 변경하도록 스위칭 동작하는 차단기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전기자 권선은 동일한 턴 수 또는 서로 다른 턴 수를 갖는 복수의 고정자 코일을 이용해서 복수의 층으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 초전도 발전기의 구동장치는 상기 고정자를 구비하는 초전도 발전기의 무부하 운전시 상기 고정자 코어에 마련된 전기자 권선의 복수의 층 중에서 일부 층을 형성하는 고정자 코일을 개방하여 도체 수를 변경하도록 상기 차단기의 스위칭 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 초전도 발전기의 무부하 운전시 출력 전압은 부하 운전시 전압강하에 기초하여 미리 설정된 초전도 발전기의 전압변동률 기준범위 이내인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 초전도 발전기의 구동방법은 고정자 코어의 각 슬롯에 복수의 도체 층으로 이루어진 전기자 권선을 설치해서 초전도 발전기를 구동하는 단계 및 상기 초전도 발전기의 무부하 운전시 상기 복수의 도체 층 중에서 일부 층을 형성하는 고정자 코일을 개방하여 유기되는 전기자 권선의 도체 수를 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 (a) 초전도 발전기의 회전자 및 고정자 코일에 전류를 공급하여 초전도 발전기를 구동하는 단계, (b) 상기 초전도 발전기의 부하 운전시 초전도 선재를 감아서 복수의 도체 층으로 형성된 고정자의 전체 전기자 권선을 통해 발전된 전원을 출력하는 단계 및 (c) 상기 초전도 발전기의 무부하 운전시 상기 전기자 권선의 일부 층을 개방시켜 전기자 권선의 도체 수를 변경하는 단계 및 (d) 상기 (c)단계에서 미개방된 전기자 권선의 나머지 층을 통해 발전된 전원을 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (c)단계는 고정자 코어의 각 슬롯 내부에 설치된 전기자 권선의 서로 동일한 턴 수 또는 서로 다른 턴 수의 복수의 층 중에서 일부에 연결된 차단기를 스위칭 동작시켜 유기되는 전기자 권선의 도체 수를 변경하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 초전도 발전기용 고정자, 그를 구비한 초전도 발전기의 구동장치 및 구동방법에 의하면, 고정자 코어에 마련된 전기자 권선의 복수의 층 사이에 차단기를 설치하고, 초전도 발전기의 운전상태 변화에 기초해서 차단기를 스위칭 동작시켜 유기되는 전기자 권선의 도체 수를 변경할 수 있다는 효과가 얻어진다.
이에 따라, 본 발명에 따른 초전도 발전기용 고정자, 그를 구비한 초전도 발전기의 구동장치 및 구동방법에 의하면, 초전도 발전기의 초전도 선재량을 감소시키면서 출력전압을 일정하게 조절하여 초전도 발전기의 전압변동률을 낮춰 초전도 발전기의 사양으로 설정된 전압변동률을 만족시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 초전도 발전기용 고정자를 구비한 초전도 발전기의 단면도,
도 2는 도 1에 도시된 A-A'선에 대한 단면도,
도 3은 도 2에 도시된 B 부분의 확대도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 초전도 발전기용 고정자의 등가회로 및 초전도 발전기의 구동장치의 구성도,
도 5 및 도 6은 초전도 발전기의 운전상태별 고정자 코어와 고정자 코일의 등가회로도,
도 7은 도 5에 도시된 초전도 발전기의 부하 운전시 등가회로도,
도 8은 도 7에 도시된 초전도 발전기의 부하 운전시 운전 조건을 보인 예시도,
도 9는 도 6에 도시된 초전도 발전기의 무부하 운전시 등가회로도,
도 10은 도 9에 도시된 초전도 발전기의 무부하 운전시 운전 조건을 보인 예시도,
도 11은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 초전도 발전기의 구동방법을 단계별로 설명하는 흐름도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 따른 초전도 발전기용 고정자, 그를 구비한 초전도 발전기의 구동장치 및 구동방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 초전도 발전기용 고정자를 구비한 초전도 발전기의 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 A-A'선에 대한 단면도이며, 도 3은 도 2에 도시된 B 부분의 확대도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 초전도 발전기의 구동장치의 구성을 상세하게 설명하기 전에, 도 1을 참조하여 초전도 발전기 및 그에 마련되는 고정자의 구성을 상세하게 설명한다.
초전도 발전기는 도 1에 도시된 바와 같이, 외부 하우징(21)에 설치되는 고정자(22)와 외부 하우징(21)의 내부에 위치하며 고정자(22)에 마련되는 고정자 코일(29)로 둘러싸인 회전자(23)를 포함할 수 있다.
회전자(23)는 베어링에 의해 중심축(24)을 중심으로 외부 하우징(21)에 회전 가능하게 지지되는 저온 용기(croystat)(25)와 계자코일(26)을 가지며 저온 용기(25) 내부에서 중공의 원통형 토크 전달 지지부재(27)로 지지되는 회전자 코어(28)를 포함할 수 있다.
회전자(23)의 일측은 중심축(24)에 의하여 외부 하우징(21)에 지지된다.
고정자(22)는 고정자 코어(30) 및 전기자 권선으로 마련되는 고정자 코일(29)을 포함할 수 있다.
이하의 설명에서 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 중심축(24)을 따르는 방향을 "축방향(X)", 중심축(24)에 대해 직교하는 방사 방향을 "지름 방향(D)", 중심축(24)을 중심으로 원형을 따르는 방향을 "주방향(C)"이라 칭한다.
도 2 및 도 3을 참조하여 고정자의 구성을 상세하게 설명한다.
고정자 코어(30)는 도 2에 도시된 바와 같이, 외부 하우징(21)의 내주면에 고정된 원통 형상의 백 요크(31)를 포함한다.
백 요크(31)는 지름방향으로 연장되는 복수의 전자 강판, 예컨대 규소 강판 등을 적층해서 형성될 수 있다. 백 요크(31)는 그 내주면에 중심축(24)을 중심으로 하고 주방향(C)을 따라 일정한 간격으로 배치되는 복수의 티스(32)에 의해 지지된다.
티스(32)는 백 요크(31)로부터 지름방향(D)을 따라 내측을 향해서 연장됨과 동시에 축방향(X)으로 연장된다. 주방향(C)으로 인접하는 티스(32)의 사이에는 축방향(X)으로 연장되는 대략 직사각형 단면의 홈 또는 슬롯(33)이 형성되고, 슬롯(33)에는 고정자 코일(29)의 일부가 수용될 수 있다.
슬롯(33)은 지름방향(D)으로 따라 한 쌍의 긴 변을 가지고, 주방향(C)을 따라 한 쌍의 짧은 변을 가지는 직사각형 단면 영역을 가질 수 있다.
티스(32)는 스테인리스와 같은 비자성 재료로 형성될 수 있다. 또는 티스(32)는 섬유강화 플라스틱 등의 높은 기계적 강도를 가지며, 전기 절연 능력이 우수한 강성 수지 재료로 형성될 수도 있다.
고정자 코일(29)은 도 3에 도시된 바와 같이, 띠 형상의 선재를 감아서 복수의 층(34,35)으로 형성된다.
상기 띠 형상의 선재는 초전도 물질을 포함하거나, 구리를 포함하여 구성될 수 있다. 이와 같이, 고정자 코일(29)은 띠 형상의 선재를 감아서 형성되는 것 이외에도, 원형의 세선을 평행하게 배치하거나, 연선 다발을 이용하여 복수의 층로 구성될 수도 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 초전도 발전기용 고정자의 등가회로 및 초전도 발전기의 구동장치의 구성도이다.
고정자 코일(29)을 구성하는 각 층(34,35)은 띠 형상의 선재를 서로 다른 턴 수로 감아서 코일 내부의 저항과 인덕턴스에 의한 임피던스가 서로 동일하거나 서로 다른 값을 가지도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 고정자 코일(29)이 제1 및 제2 층(34,35)으로 형성되는 경우, 제1 층(34)의 턴 수는 제2 층(35)의 턴 수에 비해 크게 형성될 수 있다.
즉, 제1 층(34)을 이루는 도체 내부의 저항(RN1)과 인덕턴스(LN1)에 의한 임피던스 값(Z1)은 제2 층(35)을 이루는 도체 내부의 저항(RN2)과 인덕턴스(LN2)에 의한 임피던스 값(Z2)보다 큰 값을 가질 수 있다.
여기서, N1은 제1 층(34)을 이루는 코일의 턴 수이고, N2는 제2 층(35)을 이루는 코일의 턴 수이다.
물론, 제1 층(34)와 제2 층(35)를 형성하는 띠 형상의 선재의 턴 수는 초전도 발전기(20)의 전압변동률에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
또한, 각 슬롯(33)에 마련되는 고정자 코일(29)은 2개의 층(34,35)뿐만 아니라, 3개 이상의 층으로 형성될 수도 있다.
그리고 각 슬롯(33)에 마련되는 고정자 코일(29)은 이웃하는 슬롯(33)에 마련되는 고정자 코일(29)과 직렬로 연결되어 하나의 폐루프를 형성한다.
또한 고정자 코일(29)을 이루는 각 층(34,35)은 서로 직렬로 연결된다.
이러한 구성을 갖는 초전도 발전기(20)는 지상운전(lag power factor operation)을 하며, 부하 운전시 무부하 운전시 출력전압에 기초해서 사양으로 설정된 전압변동률을 만족해야만 한다.
전압변동률은 하기의 수학식 1로 정의된다.
Figure 112013053168315-pat00001
다음, 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 초전도 발전기의 구동장치의 구성을 상세하게 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 초전도 발전기의 구동장치(40)는 도 4에 도시된 바와 같이, 고정자 코어(30)의 각 슬롯(33)에 마련된 고정자 코일(29)의 복수의 층(34,35) 중에서 어느 하나에 설치되어 해당 층에 공급되는 전류를 공급 또는 차단하도록 스위칭 동작하는 차단기(41) 및 초전도 발전기의 운전상태에 기초해서 차단기(41)의 스위칭 동작을 제어하도록 제어신호를 발생하는 제어부(42)를 포함한다.
차단기(41)는 도 4에 도시된 바와 같이, 어느 하나의 접점(a)을 중심으로 다른 2개의 접점(b,c)을 선택적으로 연결하는 서킷 브레이커(circuit breaker)로 마련될 수 있다.
예를 들어, 도 5 및 도 6은 초전도 발전기의 운전상태별 고정자 코일의 등가회로도로서, 도 5에는 초전도 발전기의 부하 운전시 등가회로가 도시되어 있고, 도 6에는 초전도 발전기의 무부하 운전시 등가회로가 도시되어 있다.
그리고 도 7은 도 5에 도시된 초전도 발전기의 부하운전시 등가회로도이고, 도 8은 도 7에 도시된 초전도 발전기의 부하 운전시 운전조건을 보인 예시도이다.
또한, 도 9는 도 6에 도시된 초전도 발전기의 무부하 운전시 등가회로도이고, 도 10은 도 9에 도시된 초전도 발전기의 무부하 운전시 운전조건을 보인 예시도이다.
차단기(41)는 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 각 슬롯에 마련되는 고정자 코일(29)의 제1 및 제2 층 사이에 설치되어, 제어부(42)의 제어신호에 따라 스위칭 동작한다.
제어부(42)는 초전도 발전기(20)의 부하운전 시에는 각 슬롯(33)에 마련된 고정자 코일(29)의 제1 및 제2 층(34,35)을 직렬로 연결하도록 차단기(41)를 동작시키고, 무부하 운전시에는 제2 층(35)를 개방하고 각 슬롯(33)의 제1 층(34)만을 직렬로 연결하도록 차단기(41)를 동작시키는 제어신호를 발생한다.
즉, 초전도 발전기(20)의 부하 운전시, 차단기(41)는 제어부(42)의 제어신호에 따라 도 5에 도시된 바와 같이 제1 접점(a)과 제2 접점(b)을 연결하도록 스위칭 동작한다.
이에 따라, 고정자 코일(29)의 출력전압은 도 5에 도시된 화살표 C 방향을 따라 각 슬롯(33)에 마련된 제1 및 제2 층(34,35)을 경유해서 흐르게 된다.
여기서, 초전도 발전기(20)는 부하 운전시 도 7에 도시된 바와 같은 등가회로로 표시될 수 있고, 초전도 발전기(20)의 부하 운전시 운전 조건은 도 8에 도시된 바와 같은 벡터도로 표시될 수 있다.
도 7 및 도 8에서, I는 전기자 권선에 흐르는 전류이고, Ra는 전기자 권선의 상 저항이며, La는 전기자 권선 내부 코일의 상 임피던스이고, Zs는 전기자 권선의 전체 임피던스이며, Xs는 전기자 권선의 동기 리액턴스이고, Ea는 전기자 권선에 유기되는 상 전압이다.
반면, 초전도 발전기(20)의 무부하 운전시, 차단기(41)는 제어부(42)의 제어신호에 따라 도 6에 도시된 바와 같이 제1 접점(a)과 제3 접점(c)을 연결하도록 스위칭 동작한다.
이에 따라, 고정자 코일(29)의 출력전압은 도 6에 도시된 화살표 D 방향을 따라 각 슬롯(33)에 마련된 제1 층(34)만을 경유해서 흐르게 된다.
여기서, 초전도 발전기(20)는 무부하 운전시 도 9에 도시된 바와 같은 등가회로로 표시될 수 있고, 초전도 발전기(20)의 무부하 운전시 운전 조건은 도 10에 도시된 바와 같은 벡터도로 표시될 수 있다.
여기서, 초전도 발전기(20)의 무부하 운전시 출력 상 전압(Va)은 전기자 권선에 유기되는 상 전압(Ea)과 같다(Va=Ea).
이와 같이, 본 발명은 고정자 코어의 각 슬롯에 설치되는 고정자 코일을 복수의 층로 형성하고, 복수의 층 사이에 차단기를 설치하여 초전도 발전기의 운전상태 변화에 기초해서 차단기를 스위칭 동작시켜 유기되는 전기자 권선의 도체 수를 변경할 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 전도 발전기의 초전도 선재량을 감소시키면서 출력전압을 일정하게 조절하여 초전도 발전기의 전압변동률을 낮춰 초전도 발전기의 사양으로 설정된 전압변동률을 만족시킬 수 있다.
다음, 도 11을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 초전도 발전기의 구동방법을 상세하게 설명한다.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 초전도 발전기의 구동방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 전원공급부(도면 미도시)로부터 계자코일(26)에 전류를 공급해서 회전자(23)를 여자시키고, 고정자 코일(29)에 전류를 공급해서 회전자계를 발생해서 초전도 발전기(20)를 구동한다(S10).
이때, 복수의 고정자 코일(29) 중에서 고정자 코어(30)의 자기적으로 대칭되는 한 쌍의 슬롯(33)에 각각 설치된 고정자 코일(29)에는 각각 차단기(41)가 설치된 상태이다.
초전도 발전기(20)가 구동되면, 제어부(42)는 초전도 발전기(20)의 운전상태에 기초해서 고정자 코어(30)의 각 슬롯(33)에 설치된 고정자 코일(29)에 유기되는 도체 수를 변경하도록 차단기(41)의 동작을 제어한다.
상세하게 설명하면, S12단계에서 제어부(42)는 초전도 발전기(20)가 부하 운전 상태인지 여부를 검사한다.
S12단계의 검사결과 초전도 발전기(20)가 부하 운전 상태이면, 제어부(42)는 차단기(41)의 제1 접점(a)과 제2 접점(b)을 연결하도록 제어신호를 발생한다.
그러면, 차단기(41)는 제어부(42)의 제어신호에 따라 제1 접점(a)과 제2 접점(b) 연결하도록 스위칭 동작한다(S14).
이로 인해, 고정자 코어(30)의 각 슬롯(33)에 마련된 고정자 코일(29)의 제1 및 제2 층(34,35)이 직렬로 연결되어 상기 전원공급부로부터 전류를 공급받아 회전자계를 발생한다(S16).
이에 따라, 전기자 권선에 마련된 고정자 코일의 전체 층에 전류가 유기되어, 초전도 발전기(20)는 부하 운전시 설정된 전압변동률을 만족시킬 수 있다.
한편, S12단계의 검사결과 초전도 발전기(20)가 무부하 운전 상태이면, 제어부(42)는 차단기(41)의 제1 접점(a)과 제3 접점(c)을 연결하도록 제어신호를 발생한다.
그러면, 차단기(41)는 제어부(42)의 제어신호에 따라 제1 접점(a)과 제3 접점(c)을 연결하도록 스위칭 동작해서(S18) 고정자 코어(30)의 각 슬롯(33)에 마련된 고정자 코일(29)의 일부, 예컨대 제2 층(35)에 공급되는 전류를 차단한다(S20).
이에 따라, 고정자 코일(29)의 나머지 층, 예컨대 제1 층(34)만이 직렬로 연결되어 전원공급부로부터 공급되는 전류에 의해 회전자계를 발생한다.
이에 따라, 전기자 권선에 마련된 고정자자 코일(29)의 일부 층에만 전류가 유기되어, 고정자 코일(29)로 사용되는 초전도 선재량이 감소될 수 있다.
한편, S22단계에서 제어부(42)는 관리자로부터 초전도 발전기의 구동을 중지하기 위한 구동중지명령이 입력되는지 여부를 검사하고, 구동중지명령이 입력될 때까지 S12단계 내지 S22단계를 반복 수행하여 초전도 발전기(20)의 운전상태에 따라 차단기(41)의 스위칭 동작을 제어한다.
S22단계의 검사결과 구동중지명령이 입력되면, 제어부(50)는 초전도 발전기(20) 및 초전도 발전기(20)의 구동장치(40)의 동작을 중지하고 종료한다.
상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 고정자 코어에 마련된 전기자 권선의 복수의 층 사이에 차단기를 설치하고, 초전도 발전기의 운전상태 변화에 기초해서 차단기를 스위칭 동작시켜 유기되는 전기자 권선의 도체 수를 변경함으로써, 초전도 발전기의 초전도 선재량을 감소시키면서 출력전압을 일정하게 조절하여 초전도 발전기의 전압변동률을 낮춰 초전도 발전기의 사양으로 설정된 전압변동률을 만족시킬 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명은 초전도 발전기의 운전상태 변화에 따라 고정자 코어에 마련된 복수의 층 사이에 차단기를 설치하고, 초전도 발전기의 운전 상태 변화에 기초해서 차단기를 스위칭 동작시켜 유기되는 도체 수를 변경하여 설정된 전압변동률을 만족시키면서 초전도 선재량을 감소시키는 기술에 적용된다.
20: 초전도 발전기 21: 외부 하우징
22: 고정자 23: 회전자
24: 중심축 25: 저온용기
26: 계자코일 27: 토크 전달 지지부재
28: 회전자 코어 29: 고정자 코일
30: 고정자 코어 31: 백 요크
32: 티스 33: 슬롯
34: 제1 층 35: 제2 층
40: 초전도 발전기의 구동장치
41: 차단기 42: 제어부

Claims (9)

  1. 고정자 코어의 각 슬롯에 동일한 턴 수 또는 서로 다른 턴 수를 갖는 복수의 고정자 코일을 이용해서 복수의 도체 층으로 이루어진 전기자 권선을 설치하고, 초전도 발전기의 무부하 운전시 상기 복수의 도체 층 중에서 일부 층을 형성하는 고정자 코일을 개방하여 유기되는 전기자 권선의 도체 수를 변경하는 것을 특징으로 하는 초전도 발전기용 고정자.
  2. 제1항에 있어서,
    원통 형상으로 형성되는 백 요크와 백 요크의 내주면에 일정 간격으로 배치되어 그 사이에 슬롯을 형성하는 티스를 구비하는 고정자 코어,
    상기 슬롯에 초전도 선재를 감아서 복수의 도체 층으로 형성되는 전기자 권선 및
    상기 전기자 권선의 복수의 층 중에서 일부 층을 형성하는 고정자 코일을 개방해서 유기되는 전기자 권선의 도체 수를 변경하도록 스위칭 동작하는 차단기를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 발전기용 고정자.
  3. 삭제
  4. 제2항에 기재된 고정자를 구비하는 초전도 발전기의 무부하 운전시 상기 고정자 코어에 마련된 전기자 권선의 복수의 층 중에서 일부 층을 형성하는 고정자 코일을 개방하여 도체 수를 변경하도록 상기 차단기의 스위칭 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 발전기의 구동장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 초전도 발전기의 무부하 운전시 출력 전압은 부하 운전시 전압강하에 기초하여 미리 설정된 초전도 발전기의 전압변동률 기준범위 이내인 것을 특징으로 하는 초전도 발전기의 구동장치.
  6. 고정자 코어의 각 슬롯 내부에 동일한 턴 수 또는 서로 다른 턴 수의 복수의 도체 층으로 이루어진 전기자 권선을 설치해서 초전도 발전기를 구동하는 단계 및
    상기 초전도 발전기의 무부하 운전시 상기 복수의 도체 층 중에서 일부에 연결된 차단기를 스위칭 동작시켜 일부 층을 형성하는 고정자 코일을 개방하여 유기되는 전기자 권선의 도체 수를 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 발전기의 구동방법.
  7. 제6항에 있어서,
    (a) 초전도 발전기의 회전자 및 고정자 코일에 전류를 공급하여 초전도 발전기를 구동하는 단계,
    (b) 상기 초전도 발전기의 부하 운전시 초전도 선재를 감아서 복수의 도체 층으로 형성된 고정자의 전체 전기자 권선을 통해 발전된 전원을 출력하는 단계 및
    (c) 상기 초전도 발전기의 무부하 운전시 상기 전기자 권선의 일부 층을 개방시켜 전기자 권선의 도체 수를 변경하는 단계 및
    (d) 상기 (c)단계에서 미개방된 전기자 권선의 나머지 층을 통해 발전된 전원을 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 발전기의 구동방법.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 (d)단계에서 초전도 발전기의 무부하 운전시 출력 전압은 상기 (b)단계의 부하 운전시 전압강하에 기초해서 미리 설정된 초전도 발전기의 전압변동률 기준 범위 이내인 것을 특징으로 하는 초전도 발전기의 구동방법.
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